[0001] Die Erfindung bezieht sich auf eine Vollmantel-Schneckenzentrifuge mit den Merkmalen
des Anspruches 1.
[0002] In solchen Zentrifugen werden unter Fliehkraft Suspensionen in eine feste und wenigstens
eine flüssige Phase getrennt. Solche Suspensionen können aus vielerlei Zusammensetzungen
bestehen; sie können chemisch agressive Stoffe enthalten und/oder hohen Abrieb verursachende
Partikel, wie beispielsweise Sand, enthalten. Man ist daher bestrebt, im Rahmen der
Zuführung solcher Suspensionen möglichst durchgehende Leitungen bis hin zum Trennraum
der Zentrifuge bzw. einen in den Trennraum mündenden Verteilerraum innerhalb der Schneckennabe
zu verwenden. Dabei treten vielfach große Rohrlängen auf, wie hinsichtlich ihrer Halterung
bzw. ihrer Gefahr, starke radiale Schwingungen auszuführen, Probleme bereiten. Dies
ist vor allem bei Zentrifugen der hier in Rede stehenden Art der Fall, die im sogenannten
Gegenstromprinzip arbeiten, d.h. bei denen der Suspensionseinlauf in den Trennraum
weit im Inneren der Zentrifuge vorgesehen ist. Eine Lagerung eines solchen langen
ortsfestes Einlaufrohres in dessen Endbereich innerhalb der Schneckennabe könnte zwar
diese Problematik beseitigen, doch ist ein solches Lager innerhalb der Schneckennabe
stärker der Verschmutzung ausgesetzt und für Wartungsarbeiten nur sehr schwer zugänglich.
[0003] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Suspension möglichst weitgehend bis
zum Eintritt in den Trennraum der Zentrifuge über ein feststehendes Einlaufrohr zuzuführen,
auch wenn sich der Zulauf in den Trennraum sehr weit von der Zuführstirnseite des
Zentrifugenmantels aus gesehen im Längsmittelbereich und darüber der Zentrifuge befindet,
wie dies bei Gegenstrom-Zentrifugen der Fall ist, ohne daß das derart lang ausgebildete,
feststehende Einlaufrohr Betriebsstörungen durch entsprechend große radiale Schwingungen
verursachen kann und ohne daß zeit- und kostenintensive Reparatur und/oder Wartungsarbeiten
auftreten.
[0004] Ausgehend von einer Vollmantel-Schneckenzentrifuge mit den Merkmalen des Oberbegriffes
des Anspruches 1 wird diese Aufgabe erfindungsgemäß durch dessen kennzeichnende Merkmale
gelöst.
[0005] Dazu wird das bis in einen Einlaufraum der Schnecke, der durch radiale Öffnungen
unmittelbar in den Trennraum der Zentrifuge mündet, vorstehende, entsprechend lang
ausgebildete Einlaufrohr an seinem dem Einlaufraum zugewandten Endbereich mit Hilfe
eines Gleitlagers an einem an dem Schneckenkörper fest bzw. mit diesem einstückig
ausgebildeten Schneckenteil abgestützt, wodurch störende radiale Schwingungen des
Einlaufrohres abgefangen werden. Dabei ist das entsprechend weit im Inneren der Schnecke
der Zentrifuge angeordnete Gleitlager derart ausgebildet, daß die beiden Lagerschalen
im Gleitangriffsbereich aus einem keramischen Werkstoff bestehen. Im Gleitangriffsbereich
werden die beiden keramischen Lagerschalen durch die Suspension beaufschlagt, was
jedoch hinsichtlich des Verschleißes und/oder der Wartung keine Probleme bereitet,
weil solche keramischen Werkstoffe äußerst widerstandsfähig gegen Abrasionen und Korrisionen
sind, so daß sich ein solches mit im Gleitangriffsbereich keramisch ausgebildeten
Gleitlager auch bei Suspensionen entsprechender Abriebs- und Korrisionseigenschaften
sicher und dauerhaft einsetzen läßt. Solche Gleitlager vertragen hohe Drehzahlen und
halten auch einem Druckaufbau stand, wie er vom Trennraum her bei bestimmter Lageranordnung
auftreten kann. Darüber hinaus sind solche keramischen Werkstoffe hoch hitzebeständig
und vertragen starke Temperaturwechsel.
[0006] Es kommt eine Reihe von Keramik-Materialien in Frage, wobei dieser oder jener Keramik-Werkstoff
je nach Einsatzzweck bzw. Suspension zu bevorzugen sein wird, so beispielsweise auch
Si₃N₄, Al₂O₃, MgO, ZrO₂; vorzugsweise werden jedoch oxidfreie Keramiken verwendet
und bevorzugt SiC, und zwar in gesinterter Form, so daß man reines Siliziumkarbit
ohne freien Siliziumanteil enthält.
[0007] Grundsätzlich ist es möglich, die radial außen angeordnete Lagerschale des Gleitlagers
an einer der Stirnbegrenzungswandungen des Einlaufraumes der Schneckennabe festzulegen,
während die radial innen angeordnete Lagerschale des Gleitlagers an der Außenwandung
des feststehenden bzw. ortsfest gehaltenen Einlaufrohres festgelegt ist. Eine andere
Möglichkeit besteht darin, die radial innen angeordnete Lagerschale des Gleitlagers
auf einem an der Stirnbegrenzungswandung des Einlaufraumes festgelegten Bolzen, auch
Hohlbolzen, zu halten und die radial außenliegende Lagerschale des Gleitlagers am
Endrand des Endbereiches des ortsfesten Einlaufrohres oder einer Erweiterung dieses
Endbereiches festzulegen. Der Endbereich des Einlaufrohres kann auch mittelbar, beispielsweise
über ein weiteres konzentrisch innenliegendes Rohr an einer Trennwand des Schneckenkörpers
abgestützt sein.
[0008] In weiterhin bevorzugter Ausführung ist dafür Sorge getragen, daß sich zwischen den
aneinander gleitenden Lagerschalenflächen des Gleitlagers durch Anwesenheit eines
flüssigen Mediums ein hydrodynamischer Schmierfilm aufbaut. Dies kann insbesondere
dadurch geschehen, daß das Gleitlager mit dem Innenraum des Einlaufrohres in Verbindung
steht und durch das über das Einlaufrohr in den Trennraum der Zentrifuge eingeleitete
Schleudermedium geschmiert wird. Es kann aber auch eine Ersatzflüssigkeit zur Schmierung
des Gleitlagers vorgesehen sein, die bei Unterbrechung der Zugabe des Schleudermediums
selbsttätig zugeführt wird. Insbesondere kann für die Zuführung der Schmierflüssigkeit
zum Gleitlager eine separate Leitung vorgesehen werden. Weiterhin kann die Temperatur
des Gleitlagers mit Hilfe von Temperaturfühlern abgetastet werden, so daß bei Anstieg
der Temperatur des Gleitlagers über einen bestimmten Wert die Schmiermittelversorgung
des Gleitlagers selbsttätig eingeschaltet oder die Zentrifuge abgeschaltet wird.
[0009] In einem konischen Bereich der Zentrifuge, der der Abführung des Feststoffes aus
dem Sumpf des Trennraumes dient, kann im Schneckenkörper ein Hohlraum zur Einleitung
von Waschflüssigkeit vorgesehen sein, wobei im Übertrittsbereich einer stationären
Zuleitung für die Waschflüssigkeit auf den umlaufenden Schneckenkörper das Gleitlager
zugleich als Dichtung eingesetzt ist. In einem solchen Falle, indem ein Waschflüssigkeitszuführrohr
über das Lager an dem Schneckennabenkörper abgestützt ist, kann das Einlaufrohr an
dem Waschflüssigkeitszuführrohr abgestützt sein, so daß der Endbereich des Einlaufrohres
mittelbar über das Gleitlager an der Schneckennabe abgestützt ist.
[0010] In besonders bevorzugter Ausführung kann Sorge dafür getragen werden, daß eine Inspektion
dieses im Inneren der Schnecke, d.h. im Bereich des Einlaufraumes der Schnecke, gelegenen
keramischen Lagers in einfacher Weise ohne Demontage der Zentrifuge erfolgen kann.
[0011] Wenn das keramische Gleitlager über einen von der aufgegebenen Suspension gespeisten
Schmierfilm gleitet, wird in bevorzugter Ausführungsform dafür gesorgt, daß bei ausbleibender
Suspensionszufuhr der hydrodynamische Schmierfilm durch ein anderes Schmiermittel
aufrechterhalten wird.
[0012] Diese und weitere bevorzugte Ausführungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen,
insbesondere im Zusammenhang mit den in der Zeichnung wiedergegebenen Ausführungsbeispielen
der Erfindung, deren nachfolgende Beschreibung die Erfindung näher erläutert. Es zeigen
Figur 1 einen schematischen Schnitt durch eine Vollmantel-Schneckenzentrifuge nach
einem ersten Ausführungsbeispiel;
Figur 2 eine vergrößerte Teilschnittdarstellung des Schneckenbereiches im Gebiet des
Einlaufraumes nach einem weiteren Ausführungsbeispiel;
Figur 3 einen der Darstellung gemäß Figur 2 vergleichbaren Schnitt eines dritten Ausführungsbeispieles;
Figur 4 einen der Darstellung gemäß Figur 2 vergleichbaren Schnitt eines vierten Ausführungsbeispieles;
Figur 5 einen der Darstellung gemäß Figur 2 vergleichbaren Schnitt eines letzten Ausführungsbeispieles.
[0013] Die mit einem Mantel 1 und einer Schnecke 2 ausgerüstete Vollmantel-Schneckenzentrifuge
gemäß Ausführungsbeispiel ist lediglich hinsichtlich der an der Zuführseite der Suspension
befindlichen Stirnseite bzw. Lagerung und in dem Einlaufbereich in den zwischen dem
Mantel 1 und der Schnecke 2 gebildeten Trennraum 3 wiedergegeben. Die Schnecke 2 ist
bei 4 an dem Mantel gelagert, dieser wiederum bei 5 an einem ortsfesten Bauteil 6,
das hier als Lagerbock angesehen wird. Diese in Figur 1 wiedergegebene Ausführung
ist in den übrigen Figuren lediglich hinsichtlich des Einlaufraumbereiches innerhalb
der Zentrifuge vergrößert wiedergegeben.
[0014] Das Einlaufrohr 31 für die Zuführung der Suspension ist von der nicht dargestellten
ortsfesten Eingabestelle der Suspension im rechten Anschlußbereich der Figur 1 als
ortsfest stehendes Rohr bis in den Einlaufraum 32 der Schnecke 2 hineingeführt und
mit seinem dortigen Endbereich 34 an einem Bolzen 35 abgestützt, der seinerseits
in eine in der der Einlaufseite abgewandten Stirnbegrenzungswandung 36 des Einlaufraumes
32 vorgesehene Bohrung 37 eingreift. Radial zwischen dem Bolzen 35 und der inneren
Endwandung des Endbereiches 34 des lang ausgebildeten ortsfesten Einlaufrohres 31
ist ein Gleitlager 12 mit den beiden Lagerschalen 14 und 15 angeordnet, so daß eine
Abstützung zwischen dem Bolzen 35 und dem Endbereich 34 des Einlaufrohres 31 gegen
radiale Schwingungsbewegungen gegeben ist. Die Suspension tritt in Richtung des Pfeiles
rechts in das lang ausgebildete Einlaufrohr 31 ein und verläßt dieses durch die Austrittsöffnung
33, die in den Einlaufraum 32 der Schnecke 2 führt, von wo aus die Suspension in
üblicher Weise durch Öffnungen in der Schneckennabe in den Trennraum 3 gelangt. Aufgrund
der durch das Einlaufrohr 31 aufgegebenen Suspension und deren Aufenthalt in dem
Einlaufraum 32 der Schnecke 2 ist das Gleitlager 12 von beiden Stirnseiten her der
Suspension ausgesetzt. Die Suspension dient der Bildung eines hydrodynamischen Schmierfilmes
für das Gleitlager 12, andererseits sind dessen Laufflächen der von der Suspension
ausgehenden Beanspruchung ausgesetzt. Die beiden aneinander gleitend angreifenden
Lagerschalen 14 und 15 des Gleitlagers 12 sind aus einem keramischen Werkstoff, hier
insbesondere Siliziumkarbit, hergestellt, so daß Abrasions- und Korrisionserscheinungen
durch die schmiergelnde Wirkung der Suspensionsfeststoffe an den Gleitflächen nicht
oder nur entsprechend geringfügig auftritt.
[0015] Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 kann man davon ausgehen, daß das mit dem
Gleitlager 12 und dem Bolzen 35 vormontierte Einlaufrohr 31 in die gezeigte Lage von
außerhalb der insoweit vormontierten Maschine in Längsrichtung des Einlaufrohres 31
eingeführt wird, wobei der Bolzen 35 über eine beliebige Ausbildung verdrehfest in
die Bohrung 37 eingreift. Durch den umgekehrten Montagevorgang läßt sich das Lager
leicht inspizieren bzw. auswechseln, ohne daß die Zentrifuge als solche demontiert
werden muß.
[0016] Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 ist die Halterung des Endbereiches 34 des
Einlaufrohres 31 an einem Bolzen 35 in ähnlicher Weise getroffen wie bei dem Ausführungsbeispiel
gemäß Figur 1. Hier ist allerdings ein Sechskant vorgesehen, der es erlaubt, die Lagerschale
14 von dem Bolzen abzuziehen.
[0017] Beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 ist nämlich eine besondere Schmiermittelzufuhr
über eine Leitung 39 für den Fall vorgesehen, daß die Suspensionszufuhr unterbrochen
wird. Während also die durch die Austrittsöffnung 33 in den Einlaufraum 32 eintretende
Suspension die Bildung des hydrodynamischen Schmierfilmes zwischen den Lagerschalen
14 und 15 spätestens von der dem Einlauf abgewandten Stirnseite sicherstellt, wird
bei Unterbrechung der Suspensionszufuhr durch die Leitung 39 ein wie auch immer geartetes
Schmiermittel zugeführt, das den hydrodynamischen Schmierfilm zwischen den Lagerschalen
14 und 15 aufrechterhält.
[0018] Im Bereich des Gleitlagers können dabei ein oder mehrere Temperaturfühler vorgesehen
sein, durch welche bei Anstieg der Temperatur des Gleitlagers die besondere Schmiermittelzufuhr
zu dem Gleitlager selbsttätig eingeschaltet wird. Natürlich kann man hier auch eine
Notabschaltung der Zentrifuge vorsehen.
[0019] Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 ist die Abstützung des Endbereiches 34
des Einlaufrohres 31 über das Gleitlager 12 bzw. dessen Lagerschalen 14 und 15 in
ähnlicher Weise wie bei dem Ausführungsbeispiel in Figur 2 getroffen, jedoch ist der
Bolzen, an dem die innere Lagerschale 14 beispielsweise über einen Ausgleichskörper
16 gehalten ist, als Hohlbolzen 38 ausgebildet, der eine axial durchgehende Bohrung
aufweist. Die der Einlaufseite zugewandte Öffnung dieser durchgehenden Bohrung ist
auf einen Einlauf zu gerichtet, der ähnlich demjenigen der Notlaufschmierflüssigkeit
gemäß Figur 2 ausgebildet ist, im vorliegenden Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3
jedoch der Zuführung einer Waschflüssigkeit dient, die somit die Schmierung des Lagers
12 sicherstellt und gleichzeitig eine Waschflüssigkeit in den Innenraum der Schnecke
zuführt, der sich an die dem Suspensionseinlauf abgewandte Wandung 36 des Einlaufraumes
32 anschließt. Dieser Raum weist in der Schneckennabe kleine Durchtrittsbohrungen
auf, durch welche die Waschflüssigkeit in den Trennraum der Zentrifuge gelangt, und
zwar in dessen konischen Mantelbereich, um Feststoffe abzuspülen.
[0020] Der Ausgleichskörper 16 dient der Kompensation von temperaturbedingten Maßänderungen,
er ist in radialer Richtung elastisch nachgiebig ausgebildet. Damit wird erreicht,
daß bei Temperaturerhöhung der sich stärker dehnende Mantel des Endbereiches 34 des
Einlaufrohres 31 bzw. - im Hinblick auf Figur 1 - die Durchmessererhöhung des Bolzens
35 die sich bei dieser Temperatur weit weniger ausdehnende keramische Lagerschale
auf Zug belastet, wogegen der keramische Werkstoff empfindlich ist. Der rohrförmige
Ausgleichskörper weist eine in sich wellige Mantelwandung auf, und zwar mit dem Wellenverlauf
in Umfangsrichtung gesehen, oder auch mit dem Wellenverlauf in Achsrichtung gesehen,
wie dies in der Zeichnung angedeutet ist. Die radial äußere Lagerschale ist - je nach
Ausführungsbeispiel an der Innenmantelwandung des Endbereiches 34 des Einlaufrohres
31 oder der Wandung 36 bzw. 43 (Figur 5) des Schneckenkörpers - dadurch befestigt,
daß dieser vor Einsetzen der Lagerschale 15 aufgeheizt wird. Bei Abkühlung führen
die unterschiedlichen Wärmeausdehnungskoeffizienten des Einlaufrohres bzw. der Schneckenkörperwandung
- beispielsweise Stahl - einerseits und des Keramikörpers andererseits dazu, daß die
Lagerschale durch Schrumpfen in ihrer Position festgelegt und somit zusammengedrückt
wird, wogegen der Keramikwerkstoff unempfindlich ist.
[0021] Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 4 ist die Zuführung von Waschflüssigkeit
mit Hilfe eines Waschflüssigkeitszuführrohres 40 getroffen, das in sich starr ist
und als Verbindung zwischen dem Gleitlager 12 und dem Endbereich 34 des Einlaufrohres
31 insoweit dient, als die Innenwandung des Endbereiches 34 des Einlaufrohres 31 über
radiale Stege 42 an der Außenmantelwandung des Waschflüssigkeitszuführrohres 40 abgestützt
ist. Diese Abstützung erfolgt im Nahbereich des Gleitlagers 12, welches im Durchtrittsbereich
des Waschflüssigkeitszuführrohres 40 durch die der Einlaufseite abgewandte stirnseitige
Wandung 36 des Einlaufraumes 32 angeordnet ist. Dabei ist die äußere Lagerschale 15
an der Innenwandung einer entsprechenden Bohrung in der Trennwand abgestützt, während
die innere Lagerschale 14 an der Außenmantelwandung des Waschflüssigkeitszuführrohres
40 abgestützt ist. Hier bildet demnach das Gleitlager 12 eine Dichtung zwischen dem
Raum, in den die Waschflüssigkeit eingeleitet wird, und dem Einlaufraum 32, in den
das Einlaufrohr 31 stirnseitig mündet.
[0022] Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 dagegen ist wieder ein sehr einfacher Fall
der Suspensionszuführung gezeigt, bei welchem Notlaufschmierung und Waschflüssigkeitszufuhr
nicht vorgesehen sind. In diesem Falle ist das Gleitlager 12 im Durchtrittsbereich
des Einlaufrohres 31 durch diejenige stirnseitige Trennwandung 43 des Einlaufraumes
32 der Schnecke 2 angeordnet, die dem Suspensionseinlauf zugewandt liegt. Die Außenschale
des Gleitlagers 12 ist an der Innenwand einer entsprechenden Bohrung in der Stirntrennwandung
43 abgestützt, während die innere Lagerschale 14 an der äußeren Mantelfläche des
Einlaufrohres 31 angreift.
1. Vollmantel-Schneckenzentrifuge, insbesondere Gegenstrom-Zentrifuge, für die Trennung
einer Suspension, für deren Zuführung von einer ortsfesten Eingabe stelle außerhalb
der Zentrifuge in den zwischen der Schnecke (2) und dem Mantel (1) gebildeten Trennraum
(3) der Zentrifuge ein ortsfest gehaltenes Einlaufrohr (31) vorgesehen ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß das sich bis in einen Einlaufraum (32) der Schnecke (2) erstreckende Einlaufrohr
(31) in seinem dortigen Endbereich (34) an einem schneckenfesten Teil (36, 35; 36,
38; 36; 43) über ein Gleitlager (12) abgestützt ist, dessen beide Lagerschalen (14,
15) im Gleitangriffsbereich aus einem keramischen Werkstoff bestehen.
2. Zentrifuge nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der keramische Werkstoff des Gleitlagers (12) eine oxidfreie Keramik ist, insbesondere
aus oder auf der Basis von reinem Siliziumkarbit gebildet ist.
3. Zentrifuge nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß die radial außen angeordnete Lagerschale (15) an ihrer Außenseite schrumpfdruckbelastet
festgelegt ist.
4. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die radial innen angeordnete Lagerschale (14) mit ihrer Innenmantelfläche über
einen zwischengeschalteten Temperaturspannungs-Ausgleichskörper (16) an einem Abschnitt
der Außenwandung des die Lagerschale (15) haltenden Bauelementes festgelegt ist.
5. Zentrifuge nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Temperatur-Ausgleichskörper (16) als radial nachgiebiger Ring oder Rohrabschnitt
ausgebildet ist, insbesondere mit einer in sich gewellten Mantelwandung.
6. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß sich zwischen den aneinander gleitenden Lagerschalenflächen des Gleitlagers (12)
bei Anwesenheit eines flüssigen Mediums ein hydrodynamischer Schmierfilm aufbaut.
7. Zentrifuge nach Anspruch 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Gleitlager (12) mit dem Innenraum des Einlaufrohres (31) in Verbindung steht
und durch die über das Einlaufrohr (31) in den Trennraum (3) der Zentrifuge eingeleitete
Suspension geschmiert wird.
8. Zentrifuge nach Anspruch 6 oder 7,
dadurch gekennzeichnet,
daß eine Ersatzflüssigkeit zur Schmierung des Gleitlagers (12) vorgesehen ist, die
bei Unterbrechung der Zugabe der Suspension selbsttätig zugeführt wird.
9. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß für die Schmierflüssigkeit zur Versorgung des Gleitlagers (12) eine separate Leitung
(39; 40) vorgesehen ist.
10. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet,
daß im Bereich des Gleitlagers (12) ein oder mehrere Temperaturfühler vorgesehen sind,
die bei Anstieg der Temperatur des Gleitlagers über einen bestimmten Wert der Schmiermittelversorgung
des Gleitlagers selbsttätig einschalten oder die Zentrifuge abschalten.
11. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet,
daß der Schneckenkörper im konischen Bereich der Zentrifuge mit einem Hohlraum zur
Einleitung von Waschflüssigkeit versehen ist und daß im Übertrittsbereich der stationären
Zuleitung für die Waschflüssigkeit auf den umlaufenden Schneckenkörper das Gleitlager
(12) als Dichtung angeordnet ist.
12. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet,
daß das Waschflüssigkeitszuführrohr (40) als stationäres Rohr über das Gleitlager
(12) mit den keramischen Lagerschalen (14, 15) in der Schnecke gelagert ist und daß
das für die Einleitung der Suspension dienende Einlaufrohr (31) sich auf dem Waschflüssigkeitszuführrohr
(40) abstützt (42).
13. Zentrifuge nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß das Einlaufrohr (31) in der dem Suspensionseinlauf zugewandten Stirntrennwandung
(43) des Einlaufraumes (32) der Zentrifuge über das Gleitlager (12) abgestützt ist.